李奇 丁若愚 張雪婷

摘要：隨著社會的發(fā)展，人們對機(jī)械加工提出了更高的要求。面對提高加工精度和實(shí)現(xiàn)低碳高效生產(chǎn)的機(jī)械加工系統(tǒng)優(yōu)化需求，相關(guān)人員不得不采取一些優(yōu)化方案實(shí)現(xiàn)對機(jī)械加工工藝的優(yōu)化。文章在分析機(jī)械加工工藝的優(yōu)化需求的基礎(chǔ)上，對機(jī)械加工工藝的幾種優(yōu)化方案展開了研究。

關(guān)鍵詞：機(jī)械加工工藝；優(yōu)化方案；零部件加工；加工精度；能源消耗 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

中圖分類號：TP274 文章編號：1009-2374（2016）06-0039-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.06.020

作為零部件加工的基礎(chǔ)工藝，機(jī)械加工工藝效果將對零部件加工精度和能源消耗產(chǎn)生較大的影響。所以優(yōu)化機(jī)械加工工藝，除了能夠更加精確地完成零件的加工，同時(shí)也能夠提升機(jī)械加工的綜合效益，繼而使機(jī)械加工行業(yè)得到更好的發(fā)展。因此，對機(jī)械加工工藝的優(yōu)化問題展開分析，可以為相關(guān)工作的開展提供一定的

指導(dǎo)。

1 機(jī)械加工工藝的優(yōu)化需求分析

機(jī)械加工工藝流程由零件加工流程和零件加工步驟組成，而加工工藝就是這些流程中的具體加工標(biāo)準(zhǔn)和要求。機(jī)械加工企業(yè)在選擇加工工藝時(shí)，會根據(jù)企業(yè)的員工素質(zhì)、設(shè)備條件等實(shí)際生產(chǎn)情況進(jìn)行工藝的選擇，而加工工藝的選擇將直接影響零件的加工精度。就目前來看，零件機(jī)械加工將會受到機(jī)械系統(tǒng)本身精度、操作不精細(xì)、定位不準(zhǔn)確等多個(gè)因素的影響。同時(shí)，經(jīng)過長期使用，機(jī)械加工系統(tǒng)的一些位置和形狀也會出現(xiàn)輕微變形，從而使零件加工產(chǎn)生一定誤差。而優(yōu)化機(jī)械加工工藝能夠提高零件的加工精度，從而使系統(tǒng)加工出來的零件符合生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)要求。此外，在倡導(dǎo)低碳環(huán)保理念的社會大背景下，機(jī)械加工也成為了實(shí)施低碳制造的主體，而優(yōu)化機(jī)械加工工藝可以使加工系統(tǒng)產(chǎn)生的能源消耗得到減少，從而使系統(tǒng)成為滿足時(shí)代發(fā)展需求的綠色加工系統(tǒng)。

2 機(jī)械加工工藝的優(yōu)化方案研究

2.1 基于表面光整加工技術(shù)的優(yōu)化方案

經(jīng)過長期使用，機(jī)械加工工藝系統(tǒng)的一些部位將受到嚴(yán)重磨損，從而使系統(tǒng)加工零件的精度受到影響。所以在優(yōu)化機(jī)械加工工藝時(shí)，可以采取基于表面光整加工技術(shù)的優(yōu)化方案。具體來講，就是利用模具完成對零件表面的擠壓、碰撞和滾壓，從而使零件表面的變質(zhì)層增加。而采取該技術(shù)，不僅能夠使零件加工達(dá)到規(guī)定尺寸要求，還能夠得到理想的表面光澤度。同時(shí)，采取該技術(shù)加工零件，可以改善零件的紋理和表面度，并且提高零件的耐磨性。在加工的過程中，需要在一道工序中完成對零件整體各個(gè)表面的一次性加工，可以使零件表面的尖角、銳變和毛刺得到一次性去除。而通過對原本工藝的合并和消減調(diào)整，則能實(shí)現(xiàn)對機(jī)械加工工藝的優(yōu)化調(diào)整。

2.2 基于特種加工技術(shù)的優(yōu)化方案

在機(jī)械加工的過程中，由于使用的刀具和夾具需要承受高強(qiáng)度的工作負(fù)荷，系統(tǒng)各部件又需要同時(shí)面臨多方受力，所以系統(tǒng)總會出現(xiàn)受力變形的問題。此外，長時(shí)間的高強(qiáng)度加工也容易導(dǎo)致系統(tǒng)因受熱發(fā)生形變，從而導(dǎo)致系統(tǒng)的加工精度受到影響。所以在優(yōu)化機(jī)械加工工藝時(shí)，需要采取一定的方法改善機(jī)械加工的受力變形和熱變形問題。就目前來看，可以使用特種加工技術(shù)進(jìn)行具有特殊結(jié)構(gòu)的工件的加工，從而使系統(tǒng)在加工高硬度和高強(qiáng)度材料時(shí)所要承擔(dān)的工作負(fù)荷得到減小。從原理上來講，該方法就是利用聲能、電能和化學(xué)能等能量實(shí)現(xiàn)對金屬或非金屬材料的加工。而利用該技術(shù)可以減少加工零件與加工工具之間的接觸面積，從而使機(jī)械加工過程中產(chǎn)生的變形減少，繼而使零件加工的精度得到提高。

2.3 基于加工誤差補(bǔ)償?shù)窒膬?yōu)化方案

控制機(jī)械加工的原始誤差，可以使機(jī)械加工的精度得到提高，從而達(dá)成優(yōu)化加工工藝的目的。就目前來看，想要控制機(jī)械加工的原始誤差，還需要控制機(jī)床的幾何精度，以便使其自身精度得到提高。而針對其他相關(guān)因素導(dǎo)致的變形誤差，還需要采取一定的解決方案實(shí)現(xiàn)對各個(gè)原始誤差的控制。具體來講，就是可以使用誤差補(bǔ)償技術(shù)實(shí)現(xiàn)對零件加工誤差的控制。應(yīng)用該技術(shù)時(shí)，需要人為創(chuàng)造新的原始誤差，從而使機(jī)械加工過程中產(chǎn)生的原始誤差得到補(bǔ)償或抵消，繼而達(dá)到減少加工誤差的目的。在日常加工的過程中，利用該技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)對原始誤差的有效分化，從而使零件表面精度得到有效提升。在應(yīng)用該技術(shù)的過程中，需要實(shí)現(xiàn)對原始誤差的有效均化。根據(jù)誤差反映規(guī)律，需要根據(jù)工序的工件尺寸測量結(jié)果將其按照大小劃分成n組，從而使每組工件的尺寸范圍縮減為原來的1n。而根據(jù)各組誤差范圍，可以通過調(diào)整刀具相對工件的位置使工件尺寸有一致的分散范圍中心，繼而使工件尺寸的分散范圍得到縮小。此外，在均化原始誤差時(shí)，需要優(yōu)化機(jī)械加工的各個(gè)環(huán)節(jié)，以便使零件加工的表面相關(guān)誤差得到降低。根據(jù)均化原理，需要完成對加工工具檢查方案及其差異環(huán)節(jié)的優(yōu)化，以便使方案得到有效修正。而通過在方案的基準(zhǔn)優(yōu)化環(huán)節(jié)均化原始誤差，則能實(shí)現(xiàn)對原始誤差的有效轉(zhuǎn)移，從而使誤差從基準(zhǔn)環(huán)節(jié)轉(zhuǎn)移至加工的非敏感環(huán)節(jié)。反映到零件加工誤差上，轉(zhuǎn)移原始誤差的優(yōu)化方案的運(yùn)用可以使機(jī)械加工精度得到明顯提高。

2.4 基于低碳高效制造技術(shù)的優(yōu)化方案

為了實(shí)現(xiàn)機(jī)械加工工藝路線的高效低碳優(yōu)化，可以在詳細(xì)分析機(jī)械零部件特征的基礎(chǔ)上，建立機(jī)械加工工藝路線的優(yōu)化模型。具體來講，就是先對機(jī)械零部件的特征信息進(jìn)行詳細(xì)分析，以便了解零部件的幾何拓?fù)涮卣骱途植繋缀谓Y(jié)構(gòu)。在選擇工藝路線時(shí)，不僅需要考慮到部件的多特征加工問題，還要考慮到加工方法和加工資源等問題。為了制定有效的工藝路線優(yōu)化決策，需要先確定工藝約束條件。在加工零部件的過程中，工藝特征之間存在著各種約束關(guān)系。而根據(jù)強(qiáng)制性程度，可以將這些約束關(guān)系劃分成最優(yōu)性約束和合理性約束。在選擇工藝路線時(shí)，需要先找出滿足合理性約束條件的工藝路線的集合，然后根據(jù)最優(yōu)性約束標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行各個(gè)工藝路線的評價(jià)，以便從中獲取較好的工藝路線。在獲得最優(yōu)工藝路線集合后，還需要建立機(jī)械加工的優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)，并通過計(jì)算選擇實(shí)現(xiàn)高效低碳機(jī)械加工的工藝路線。而根據(jù)機(jī)械加工工藝的優(yōu)化需求，可以建立兩個(gè)目標(biāo)函數(shù)，即低碳目標(biāo)函數(shù)和高效目標(biāo)函數(shù)。其中，低碳目標(biāo)函數(shù)的建立需要以實(shí)現(xiàn)所有機(jī)械加工工藝產(chǎn)生的總碳排放量最小為目標(biāo)，包含了冷加工工藝碳排放和熱加工工藝碳排放這兩類加工工藝。而高效目標(biāo)函數(shù)的建立需要以實(shí)現(xiàn)機(jī)械加工工藝時(shí)間最短為目標(biāo)，具體包含的時(shí)間有刀具更換時(shí)間、加工工藝時(shí)間、夾具更換時(shí)間和機(jī)床更換時(shí)間。在模型求解時(shí)，需要使用遺傳算法，以便降低模型計(jì)算的復(fù)雜度。

除了實(shí)現(xiàn)機(jī)械加工的工藝路線的多目標(biāo)優(yōu)化，優(yōu)化機(jī)械加工工藝參數(shù)也顯然能夠降低加工能耗。在零件加工方面，利用與低碳制造相關(guān)的技術(shù)可以優(yōu)化工藝的相關(guān)參數(shù)，從而使機(jī)械加工的能源消耗和物料消耗降到最低，此外，就當(dāng)前的機(jī)械加工工藝來講，實(shí)現(xiàn)機(jī)械加工的科學(xué)調(diào)度同樣也能夠?qū)崿F(xiàn)低碳高效的機(jī)械加工。具體來講，就是通過合理組合不同型號和規(guī)格的機(jī)床來完成工件的加工，從而在一定程度上實(shí)現(xiàn)機(jī)械加工工藝的

優(yōu)化。

2.5 基于工藝方案優(yōu)選的優(yōu)化方案

在實(shí)際的機(jī)械加工生產(chǎn)中，需要面對機(jī)械加工工藝方案的選擇問題。而從多個(gè)加工工藝方案中選取有效的加工工藝方案，不僅能夠使制造資源得到優(yōu)化和節(jié)約，同時(shí)也能縮短零件制造周期，并降低零件制造成本，繼而在一定程度上實(shí)現(xiàn)機(jī)械加工工藝的優(yōu)化。為了達(dá)成這一目的，可以在分析影響工藝方案優(yōu)選因素的基礎(chǔ)上，建立綜合評價(jià)指標(biāo)體系，并將其用于評價(jià)機(jī)械加工工藝方案。在建立該體系時(shí)，需要綜合考慮零件加工時(shí)間、加工質(zhì)量、加工成本和加工環(huán)境，并建立與之相對應(yīng)的四個(gè)優(yōu)化層指標(biāo)。而在四個(gè)指標(biāo)之間，彼此存在著一定隸屬關(guān)系，可以通過兩兩比較的方法得出模糊比較判斷矩陣。在此基礎(chǔ)上，可以通過引入適度重要性標(biāo)度值完成對各指標(biāo)元素的權(quán)重度量，從而實(shí)現(xiàn)決策評價(jià)的定量化。但是，在各項(xiàng)評價(jià)指標(biāo)中，同時(shí)包含多種單位和量綱，以至于給指標(biāo)的定量描述帶來了困難。所以，需要分別使用成本型計(jì)算方法和專家評價(jià)加權(quán)計(jì)算方法完成對定量指標(biāo)和定性指標(biāo)的計(jì)算，從而得到各個(gè)指標(biāo)的隸屬度。最后通過將各指標(biāo)綜合權(quán)重和隸屬度值使用線性加權(quán)方法計(jì)算，能夠到指標(biāo)的綜合評價(jià)值，根據(jù)評價(jià)結(jié)果就可以從多個(gè)機(jī)械加工工藝方案中選取最優(yōu)的加工

方案。

3 結(jié)語

總而言之，想要滿足機(jī)械加工的高精度和高效低碳生產(chǎn)的系統(tǒng)優(yōu)化需求，還需要采取一些工藝優(yōu)化方案實(shí)現(xiàn)對機(jī)械加工工藝的優(yōu)化。而從本文的研究來看，可以利用表面光整加工技術(shù)和特種加工技術(shù)實(shí)現(xiàn)對系統(tǒng)加工方式的優(yōu)化。同時(shí)，也可以使用基于加工誤差補(bǔ)償?shù)窒膬?yōu)化方案實(shí)現(xiàn)對系統(tǒng)加工誤差的控制，從而提高系統(tǒng)的加工精度。此外，還可以利用基于低碳高效制造技術(shù)的優(yōu)化方案促使系統(tǒng)保持高效低碳生產(chǎn)。

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（責(zé)任編輯：陳 潔）